Bilinmeyen Protein Yapıları Öngörülmeye Başlandı

Metagenomik dizilim verileri, protein modelleme yazılımının gücünü artırarak yüzlerce yeni protein yapılarını tahmin ediyor.

Science’da 19 Ocak’da yayımlanan bir makaleye göre, çeşitli ortamlardan toplanan DNA dizilim verileri, bilim insanlarının daha önceden bilinmeyen 600’den fazla protein ailesinin üç boyutlu modellerini oluşturmalarında yardımcı oldu. Metagenomik veriler bir dizi türün protein dizilimlerini karşılaştırılmasısonrasındaki öngörülere istatistiksel bir doğruluk payı sağlamış oldu; aksi halde bu keşif mümkün olamazdı.

Çalışmaya katılmayan Los Angeles California Üniversitesi’nde protein biyokimyacısı David Eisenberg; “ Öğrenilecek en önemli mesaj şu ki, protein yapılarının çok daha iyi modellerini elde etmek için hesaplama yöntemlerini kullanmak şimdi mümkün” dedi. “ Bu çok önemli bir konu çünkü makaleyi yazan bilim insanlari, birkaç yıl önceye göre daha fazla protein modelleri elde edebildiler.”

Araştırmaya katılmayan, Almanya’nın Münih kentinde bulununan Max Planck Enstitüsü’nden hesaplamalı biyolog Johannes Söding’in özellikle vurgulamak istedigi nokta “ bu metotun herhangi bir deneysel veriye ihitiyacı olmamasıydı.” X- ışını kristilografisi ya da nükleer manyetik rezonans görüntüleme gibi - bir proteinin yapısını ortaya çıkaran klasik tekniklere başvurmak gerekmemişti.

Söding, biyologların simdiye kadar en sevdikleri protein yapısı öngörme tekniğinin homoloji modellemesi olduğunu belirtti– “ İlgilendiğiniz proteinle ilgili kalıp proteininin bulunduğu yer ve bu homolojiden basit olarak yapısını kopyalayabilir ve bu yeni dizileme uyarlayabilirdiniz.” diye açıkladı. Ancak bu yeni yaklaşımla “kalıp bile olmadan doğru modeller inşa edebilirsiniz.” dedi.

Yeni çalışmaya öncülük eden ve protein yapı-tahmin yazılımını (Rosetta) tasarlayan ve geliştiren, Washington Üniversitesi’nden David Baker “Aminoasit dizilimlerinin protein katlanmasını saptanmasının bir yolu olduğu keşfedildiğinden beri, bilim insanları bir proteinin yapısını dizilimlerinden hesaplama yollarını araştırıyorlar.” dedi.

Baker, “Bilindiği gibi proteinler en düşük enerji durumlarına kadar katlanıyor, ama, özellikle büyük proteinlerle sıklıkla fazla miktarda düşük enerjili konformasyon vardır, bu tek başına nadiren sonuç veren bir bilgi kaynağıdır. Deneysel olarak saptanan protein yapılarından elde edilen veriler, Rosetta’nın hesaplamalarını güçlendirebilir” diyerek şunları da ekliyor, “ Fakat birkaç yıl önce biz ve diger bilim insanları farkına vardık ki; eğer büyük bir protein ailesine ait yeterli miktarda dizilimimiz olsaydı, evrilme boyunca ilişkileri temel alınarak 3-D yapılarıyla bağlantılı olarak geri kalan çiftleri tespit edebilirdik.”

Basit bir şekilde söylemek gerekirse; iki aminoasit bir proteinin içinde birbiriyle etkileşime girerse, muhtemelen birlikte evrimleşeceklerdir. Örneğin, yükleri birbirinden farklıysa ve bir mutasyon birinin yükünü değiştirirse, diğerinin yükü de onun gibi değişecektir. Belirli bir proteinin birden fazla türdeki dizilimlerinin karşılaştırılması, birlikte evrimleşmeyi ve kalıntılarla ilişkiyi tanımlayabilir.

Birkaç sene önce, Baker’ın ekibi bu yaklaşımı düzinelerce protein ailesinin yapılarını tahmin etmek için kullandı. O zamandan beri, altı proteinin yapısı deneysel olarak saptandı ve yeni raporda Rosetta’nın tahminleriyle deney sonuçları yan yana konulup karşılaştırılınca, Baker “birbirleriyle gerçekten çok benzer” olduklarıni gördüklerini belirtti.

Ama, eğer ilgilenilen bir protein karşılaştırma için geniş bir dizi içermiyorsa ne olur? Baker, metagenomiklerin geldiği noktanın bu olduğunu açıkladı.

Metagonomik veri, verilen bir örneğin içindeki bütün DNA dizilimleri sıralanarak elde edilir – toprak, göl suyu, dışkı, ne olursa olsun – Baker, böylece “Şahane çesitlilikte diziler elde edersiniz.” diyor. “ Bu durum, doğru modeller üretmek için yeterli sayıda dizi karşılaştırması olan ailelerin sayısını büyük oranda artırıyor.” Aslında ekip, metagonomik veriyi kullanarak, 614 protein ailesinden daha fazla protein ailesinin yapısını güvenle tahmin edebilirdi.

Baker, “ Bu çok heyecan verici; çünkü her protein ailesi içinde en az 1.000 farklı protein var ve bu yüzden bu modeller şu an bilinmeyen 1 milyondan fazla protein yapısını kapsıyor olabilir.” dedi.

“Metagenomik veriler, genelde ökaryotik DNA dizilimlerinden daha fazla oranda prokaryotik DNA dizilimleri içerir.”, dedi Baker. Sonuç olarak, kalan 4.500 ya da daha fazla protein ailesinin halen yapısal modelleri yok, ki çoğu ökaryot özelliği gösterir. “Şimdi, bütün dünya genelinde ökaryotlar üzerinde (kuşlar, balıklar, solucanlar ve mantarlar gibi) genom dizilim projesi yapanlardan veriler toplamaya çalışıyoruz.”

Araştırmaya katılan Maryland Üniversitesi’nden John Moult, “Tek sınırımızbu dizilimlerin kullanıma uygunluğu” dedi. “ Bununla beraber, şimdi her sene çok sayıda yeni dizilim ortaya çıkmakta, bu yüzden projenin ilerisinde de aynı metodolojiyi kullanarak 5 ya da 10 yıl içerisinde kalan aileler üzerinde büyük oranda bilgi sahibi olacağınızı görebilirsiniz.” dedi.

S. Ovchinnikov et al., “Protein structure determination using metagenome sequence data,” Science, 355: 294-98, 2017.

Kaynak: < http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/48083/title/Unknown-Protein-Structures-Predicted/>

Çaviren ve Derleyen: Esra Yozgat

#bilinmeyen #protein #yapıları #öngörülmeye #başlandı